2016 Fiscal Year Annual Research Report
材料・構造物内部の水分量分布の定量的非破壊計測に関する研究
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16H04395
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
廣瀬 壮一 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 教授 (00156712)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
古川 陽 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 助教 (60724614)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 超音波ガイド波 / 層構造弾性体 / 分散特性 / 非破壊評価 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，超音波および電磁波を用いた材料・構造物内部の水分量分布を計測する手法を開発することを目的とする．内容は，計測手法の開発と開発した手法の適用の2段階からなる．
平成28年度は，超音波を用いた水分量分布の計測手法の開発の第一年目として，超音波を用いた計測手法の理論的考察と予備実験を実施した．使用した供試体は水中に浸したコンクリートおよび鋼板を接着補強したコンクリートの一部が滞水した試験体で，いずれも層構造を持つ弾性体としてモデル化できる．層構造弾性体を伝搬するガイド波は分散性を示し，その特性は層構造に鋭敏である．この性質を用いれば，ガイド波の分散特性から層構造に含まれる水の存在の有無や分布状況を推定できる．そこでいくつかの層構造モデルにおけるガイド波の分散特性について理論解析を行った．その結果，層構造に含まれる水の存在の有無や水の層厚の違いによってガイド波の分散特性が異なることが示され，水分量分布の計測のための理論的裏付けを得ることができた．
ガイド波に関する予備実験は空気超音波探触子と接触型探触子の両方を用いて実施した．しかし，空気超音波探触子では発信周波数の制御が難しく，コンクリート内部の水分量変化に対応する十分な超音波特性の感度が得られないことが判明した．一方，接触型の斜角超音波探触子を用いた実験では周波数の制御も可能で，試験体の表面に沿って伝搬するガイド波を計測することができた．得られたガイド波の分散特性を利用することによって，鋼板を接着させたコンクリートの剥離損傷部の滞水有無の判定や滞水層厚さの推定が可能であることが示唆された．そこで，接触型探触子による実験を効率よく進めるため，タイヤ超音波探触子の開発を行い，その有効性を確認した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成28年度は，超音波を用いた材料・構造物内部の水分量分布の計測手法の開発のための理論的考察と予備実験を実施した．理論的には，層構造弾性体を伝搬するガイド波の分散特性を検討した結果，予想通り，分散特性が材料・構造物内に含まれる水分量と密接な関係を持つことが確認され，超音波を用いた水分量分布の計測のための理論的裏付けが得られた．一方，超音波の予備実験では，当初想定していた空気超音波探触子を用いたガイド波の計測において十分な感度が得られないことが判ったため，接触型探触子による計測に焦点をあてて，その計測を効率よく進めることとし，タイヤ超音波探触子の開発を行い，その有効性を確認した．よって，研究計画の一部の変更があるものの，研究全体としては概ね順調に進んでいる．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度は，理論的考察において，層構造弾性体を伝搬するガイド波の分散特性が材料・構造物内に含まれる水分量によって鋭敏に変化することを明らかにしたが，超音波を用いた材料・構造物内部の水分量分布の計測手法の開発のためには，具体的な計測方法を想定した上でガイド波の分散特性を精査する必要がある．一方，超音波による実験についても，理論的考察と予備実験の結果を受けて，探触子の最適な配置や用いるガイド波の周波数と位相速度などを検討した上で，様々な条件下での本実験を実施し，超音波を用いた材料・構造物内部の水分量分布の計測手法を開発する．
なお，電磁波を用いた水分量計測については次年度から予備実験を始める．
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